Электроэрозионная и электрохимическая обработка
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 91
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN-онлайн: 978-5-16-109435-8
Артикул: 751338.01.99
Доступ онлайн
от 112 ₽
В корзину
Учебное пособие содержит основные сведения о технологических процессах немеханической обработки материалов, применяемых при изготовлении и ремонте деталей на современных машиностроительных предприятиях, описаны технология и оборудование, а также физические и химические явления, являющиеся основой процессов. В учебном пособии рассмотрены основные виды и технология электроэрозионной и электрохимической обработки.
Предназначено для студентов специальности студентов специальностей 15.03.05 и 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
- ВО - Магистратура
- 15.04.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ — БАКАЛАВРИАТ Н.С. ОБЛОВАЦКАЯ Е.Н. ЛАПТЕВА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Учебное пособие Москва ИНФРА-М 2021
УДК 621.7(075.8) ББК 30.61я73 О18 Научный рецензент: Малыгин В.В. — доктор технических наук, профессор Обловацкая Н.С. О18 Электроэрозионная и электрохимическая обработка : учебное пособие / Н.С. Обловацкая, Е.Н. Лаптева. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 91 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). ISBN 978-5-16-109435-8 (online) Учебное пособие содержит основные сведения о технологических процессах немеханической обработки материалов, применяемых при изготовлении и ремонте деталей на современных машиностроительных предприятиях, описаны технология и оборудование, а также физические и химические явления, являющиеся основой процессов. В учебном пособии рассмотрены основные виды и технология электроэрозионной и электрохимической обработки. Предназначено для студентов специальности студентов специальностей 15.03.05 и 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». УДК 621.7(075.8) ББК 30.61я73 ISBN 978-5-16-109435-8 (online) © Обловацкая Н.С., Лаптева Е.Н., 2021 ФЗ № 436-ФЗ Издание не подлежит маркировке в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1
ОГЛАВЛЕНИЕ 1. История становления физико-химической обработки....................... 5 2. Классификация методов электрофизической и электрохимической обработки ............................................................................................................... 13 3. Электроэрозионная обработка (ЭЭО)................................................. 17 3.1. Технологические схемы ЭЭО ........................................................ 19 3.2. Физическая суть процесса ЭЭО..................................................... 28 3.3 Основные технологические параметры процесса ЭЭО .................. 34 3.4 Конструкция, расчет и изготовление электрода-инструмента....... 45 3.4.1 Материалы для рабочей части Э-И............................................ 46 3.4.2 Конструкция Э-И ......................................................................... 48 3.4.3 Изготовление Э-И. ....................................................................... 49 3.4.4 Расчет рабочей части Э-И ........................................................... 50 3.5 Электроэрозионное оборудование .................................................... 52 3.5.1 Генераторы импульсов электрических разрядов...................... 53 3.5.2 Классификация электроэрозионных станков........................... 57 3.5.3 Размещение оборудования и организация участков ............... 60 3.5.4 Техника безопасности ................................................................ 60 4. Электрохимическая обработка (ЭХО)................................................... 61 4.1 Основные зависимости процесса ЭХО............................................. 64 4.2 Пассивация поверхности.................................................................... 67 4.3 Выбор электролитов ........................................................................... 68 4.4 Копирование электрода-инструмента на заготовку........................ 70 4.5 Технологические показатели ЭХО.................................................... 73 4.6 Основные схемы и технологические возможности процесса ЭХО78 4.7 Оборудование для ЭХО..................................................................... 85 4.7.1 Электроды-инструменты........................................................... 85 4.7.2 Диэлектрические материалы .................................................... 86
4.7.3 Станки для ЭХО......................................................................... 86 Список источников ....................................................................................... 89
1. ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Десятки тысяч технологов ежедневно решают задачи по выбору наиболее выгодных способов получения заданной чертежом детали с требуемыми точностью, шероховатостью и физико-механическими свойствами. Задача непрерывно усложняется в связи с появлением новых труднообрабатываемых материалов - жаропрочных, титановых, твердых и магнитных сплавов, коррозионно-стойких сталей, твердых и сверхтвердых искусственных и природных материалов, таких как кремний, германий, ферриты, рубины, алмазы. Обработка таких материалов механическими методами чрезвычайно затруднена, а порой и невозможна. В радиоэлектронике, приборостроении высока необходимость в сверхточных микрообрабатывающих инструментах для получения отверстий диаметром в сотые и тысячные доли миллиметра. В оптоволоконной промышленности требуются фильеры миниатюрных размеров сложной формы – треугольной, крестообразной. Развитие промышленности, особенно в последней четверти ХХ века и в наше время характеризуется резким ужесточением требований к основным параметрам техники. Если на решение технической проблемы раньше тратились десятилетия, то теперь на это есть лишь несколько лет. Это вызывает появление новых конструкций в технике, транспорте, оборудовании и т.д. В свою очередь, новая техника требует использования принципиально новых материалов, сплавов, конструктивных решений. А это определяет развитие новых методов обработки заготовок и изготовления деталей. В первую очередь это относится к немеханическим методам, когда на смену режущему инструменту и металлорежущему оборудованию приходит электрическая искра, электрическое поле, электромагнитные колебания, а также специальное оборудование.
Технологии физико-химической обработки материалов относят к ключевым наукоемким технологиям машиностроительного производства. Около 20 стран мира, обладающих необходимым научно-техническим потенциалом, развитым производством соответствующего уровня и квалифицированными кадрами, активно развивают и используют технологии физико-химической обработки для создания наукоемкой продукции [1]. Анализ имеющихся данных показал устойчивое возрастание во времени числа стран-участниц Международного симпозиума (ISEM), количества новых технологических направлений и общего числа представленных докладов. На рис. 1.1 показано распределение представленных докладов по отдельным направлениям физико-химической обработки. Видно, что электроэрозионная обработка, доля которой составляет 50... 55 %, занимает стабильное и доминирующее положение. Доля работ по электрохимической обработке в начале 1980-х резко снизилась, а затем стабилизировалась на уровне 15... 20%. Спад публикационной активности в области ЭХО начала 1980-х гг. связан с повышением конкурентоспособности технологий обработки резанием в результате появления относительно дешевых и эффективных систем ЧПУ и оснащения ими многокоординатных фрезерных станков. В связи с этим обострился один из основных недостатков технологий, основанных на методе прямого копирования. Это привело к увеличению затрат при технологической подготовке производства новых изделий, малой фондоотдаче из-за недостаточной загруженности станочного парка электрохимических станков, снижению производительности труда. Увеличилась доля комбинированных и гибридных технологий [2].
Рисунок 1.1 - Динамика развития отдельных методов и технологий физико-химической обработки В начале XXI века заметно изменяется вектор направления развития и применения отдельных методов и технологий физико-химической обработки. Так, значительная доля опубликованных научных работ по ЭЭО, ЭХО приходится на технологии микро- и нанообработки изделий. По мере развития технологий ЭЭО широкое распространение получают комбинированные методы обработки с использованием ЭЭО, развиваются новые и совершенствуются существующие направления. Во многих случаях обработка происходит при действии электрического тока. Управление процессом осуществляется также с применением тока. Поэтому не нужны преобразователи управляющих сигналов в механическую энергию, используемую при обработке резанием. В то же время, отсутствие механического воздействия инструмента на заготовку не вызывает упругого деформирования заготовки и, следовательно, не влияет на точность обработки.
Кроме проблем, связанных с трудностями геометрии формообразования и кинематики формообразования, существует задача получения при обработке поверхностного слоя с определенным комплексом свойств. Конечное состояние металла поверхностного слоя определяется соотношением скоростей протекания процессов упрочнения и разупрочнения, зависящим от преобладания действий в зоне резания силового или теплового фактора. Увеличение интенсивности удаления материала при обработке не имеет обратной зависимости от стойкости инструмента как при резании. Такое увеличение практически не сказывается на стабильности работы оборудования. К тому же, рассматриваемые методы обработки способны обеспечить весьма малую шероховатость поверхности. Тепловыделение при использовании многих физических и химических технологий оказывается малым и не приводит к фазовым превращениям в поверхностных слоях заготовки. При этом отсутствуют тепловые деформации всей детали, что способствует существенному повышению ее точности. Существенным достоинством является возможность обработки фасонных поверхностей без использования сложных кинематических зависимостей, что было бы необходимо при применении методов резания. Однако рассматриваемые методы весьма энергоемки. Для удаления определенного объема материала в случае их использования затраты электроэнергии оказываются в десятки или сотни раз больше, чем при удалении того же объема традиционными методами. Во второй половине XX в. для решения наиболее сложных технологических задач создания новой техники стали во все большей степени использовать и развивать новые методы обработки материалов, основанные на немеханическом воздействии инструмента на заготовку. В большинстве случаев для реализации этих методов используются локализованные электромагнитные поля с высокой плотностью потока
мощности. В отечественной литературе эти методы обработки объединяют под названием электрофизические и электрохимические методы обработки (используют также термин физико-химические методы обработки), а воздействие на материал фокусированными пучками заряженных частиц или фотонов часто называют обработкой концентрированными потоками энергии. Наибольшее применение физические и химические технологии получили в технологиях размерной обработки (формообразования). Эти методы развивались, преимущественно, применительно к наукоемким отраслям машиностроения, таким как авиационное двигателестроение, ракетостроение, предприятия оборонного комплекса. К электрофизическим и электрохимическим методам обработки материалов относят методы изменения формы, размеров, шероховатости и свойств обрабатываемых поверхностей заготовок, происходящие под воздействием электрического тока и его разрядов, электромагнитного поля, электронного или оптического излучения, плазменной струи, а также высокоэнергетических импульсов и магнитострикционного эффекта. Отличительной особенностью этих методов является использование электрической энергии непосредственно для технологических целей без промежуточного преобразования ее в другие виды энергии. При этом использование электрической энергии осуществляется непосредственно в рабочей зоне через химическое, тепловое и механическое воздействие. Возможны также и различные сочетания в одном процессе нескольких из указанных способов воздействия между собой или с традиционными методами обработки резанием или давлением. В последние годы в мировом технологическом сообществе все больший интерес вызывают комбинированные методы обработки. Развитие и применение технологий на основе комбинированных методов рассматривают, как перспективное направление современной технологии машиностроения.
Большинство процессов и операций электрофизической и электрохимической обработки сопровождается удалением с обрабатываемых поверхностей заготовок припуска. Такие процессы относят к размерной обработке. Физические и химические методы обработки в отдельных случаях имеют преимущества перед механической обработкой: 1. силовые нагрузки либо отсутствуют, либо настолько малы, что практически не влияют на суммарную погрешность точности обработки; 2. большие технологические возможности изменения формы, размеров, шероховатости и свойств обрабатываемых поверхностей заготовок, охватывающих практически все операции машиностроения, возможность обработки отверстий любого геометрического сечения с криволинейными осями, маложестких и тонкостенных заготовок; 3. методы позволяют не только изменять форму поверхностного слоя, но и влиять на его состояние. Дефектный слой незначителен, что повышает износостойкость и коррозионную стойкость, прочность и многие эксплуатационные характеристики; 4. кинематика формообразования, как правило, проста, что обеспечивает точное регулирование процессов и их автоматизацию; 5. на обрабатываемость заготовок практически не влияет твердость и вязкость материала (за исключением ультразвуковой обработки); 6. низкая себестоимость, относительная простота и высокая стойкость применяемого инструмента, его минимальный износ. В некоторых методах функцию инструмента выполняет сформированный соответствующим образом поток ионов, электронов и т.д.; 7. большие возможности интенсификации многих технологических процессов механической обработки резанием, давлением, нанесения покрытий, сварки, пайки и других, выполняемых традиционными методами с большой трудоемкостью и низким качеством обработки.
Наряду с перечисленными положительными особенностями есть и недостатки ЭФ и ЭХ методов, обусловленные их физической сущностью и спецификой. Некоторые из них имеют временный характер и могут быть устранены дальнейшим усовершенствованием. К основным недостаткам можно отнести следующее: 1. повышенная энергоемкость процессов при равнозначных с механической обработкой производительности и качественных показателях; 2. относительная громоздкость применяемого технологического оборудования и оснастки, а также необходимость применения специальных источников питания, устройств для подачи, сбора, хранения и очистки рабочей жидкости; 3. специальные требования к организации производства: необходимость размещения технологического оборудования в отдельных помещениях, связанная с учетом повышенной пожарной опасности и выполнением специфических требований по охране труда, мероприятиями по изготовлению, регенерации и утилизации рабочих сред. Область методов и технологий физико-химической обработки материалов как новое научное направление в технологии машиностроения интенсивно развивается, появляются новые и развиваются существующие методы и технологии, осваиваются новые области их эффективного применения. Исходя из накопленного на сегодняшний день опыта применения электрофизических и электрохимических методов обработки, можно назвать направления их дальнейшего развития: увеличение плотности энергии, подводимой к заготовке, локализация съема металла; создание нового технологического оборудования; оптимизация технологических режимов по заданным параметрам обработки;
разработка комбинированных методов. Электроэрозионная обработка демонстрирует стабильный уровень конкурентоспособности, сформулирована и четко очерчена область эффективного применения соответствующих технологий. Метод широко применяется в комбинированных и гибридных технологиях обработки. За последние тридцать лет заметно снизился уровень конкурентоспособности электрохимической размерной обработки, что связано с наличием ряда нерешенных научных, технических и организационных проблем, например, с относительно низким уровнем унификации технологий. Вместе с тем, этот метод основан на удалении материала на атомном уровне, и, по всей видимости, его инновационный потенциал далеко не исчерпан. Физико-химические процессы и методы лежат в основе большинства известных технологий размерного аддитивного формообразования. Расширение области применения таких технологий, особенно при изготовлении изделий из металлов и сплавов, требует создания опережающего научного задела в этой области [1].
Доступ онлайн
от 112 ₽
В корзину